三级结构二氧化钛微球及其制备方法

本发明涉及二氧化钛纳米材料，特别是涉及一种三级结构二氧化钛微球及其制备方法。

背景技术：

1、在传统技术中，通常利用添加助剂来改变材料的亲水性能或者疏水性能，但是这种方法本质上仅改善了材料表面极性，不能实现水传导。虽然通过将不同亲水性能或者疏水性能的一维材料，利用逐层堆积的方式可以使亲水性能或者疏水性能呈梯度变化，从而实现定向水传导的效果。但是，这样的层堆积往往因缺乏层与层之间的作用力而容易发生层间分离，致使因空气混入而导致负压的丢失，降低了持续导水性能，并且一维材料的层堆积制备工艺繁琐、生产成本高，难以实现推广应用。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种三级结构二氧化钛微球及其制备方法；所述制备方法制得的三级结构二氧化钛微球具有层次化的多孔互连网络，能够实现高效、持久的导水效果。

2、一种三级结构二氧化钛微球的制备方法，包括如下步骤：

3、采用醇盐水解法制备二氧化钛纳米球的分散液；

4、将所述二氧化钛纳米球的分散液通过静电喷射制备二级结构二氧化钛微球，所述二级结构二氧化钛微球由所述二氧化钛纳米球堆积构成；

5、将无机钛盐与水混合于120℃-140℃进行一次水热，反应后降温至30℃-50℃，保温状态下加入单硬脂酸甘油酯进行混合，得到前驱体溶液；

6、将所述前驱体溶液与所述二级结构二氧化钛微球混合并升温至160℃-190℃进行二次水热，使所述二氧化钛纳米球的表面生长二氧化钛晶粒，得到三级结构二氧化钛微球。

7、在其中一个实施例中，所述二氧化钛纳米球的粒径为40nm-80nm；

8、在其中一个实施例中，所述二氧化钛晶粒的粒径小于或者等于10nm。

9、在其中一个实施例中，在将无机钛盐与水混合进行一次水热的步骤中，所述无机钛盐在水中的浓度为10mg/l-55mg/l。

10、在其中一个实施例中，所述无机钛盐与所述单硬脂酸甘油酯的质量比为1:100-11:20；

11、及/或，所述无机钛盐与所述二级结构二氧化钛微球的质量比为1:800-11:2000。

12、在其中一个实施例中，所述无机钛盐选自硫酸氧钛、四氯化钛中的至少一种。

13、在其中一个实施例中，在将所述二氧化钛纳米球的分散液进行静电喷射处理的步骤中，所述二氧化钛纳米球的分散液的喷射速率为0.3ml/h-0.7ml/h。

14、在其中一个实施例中，所述一次水热的反应时间为8h-16h；

15、及/或，所述二次水热的反应时间为8h-24h。

16、在其中一个实施例中，所述采用醇盐水解法制备二氧化钛纳米球的分散液的步骤包括：

17、将有机钛盐与乙醇混合，得到第一混合液；

18、将丙酮与水混合，得到第二混合液；

19、将所述第一混合液与所述第二混合液混合后陈化，得到二氧化钛纳米球的分散液。

20、本发明所述的制备方法，先采用醇盐水解法制备出二氧化钛纳米球作为一级结构，然后通过静电喷射，使二氧化钛纳米球堆积团聚构成二级结构二氧化钛微球，并且二级结构二氧化钛微球的表面和内部均具有因二氧化钛纳米球堆积构成的互连孔隙。

21、同时，无机钛盐在120℃-140℃的一次水热反应中，形成二氧化钛晶种，并确保单硬脂酸甘油酯在30℃-50℃与含有二氧化钛晶种的反应溶液均匀混合，形成前驱体溶液。进而，将前驱体溶液与二级结构二氧化钛微球混合后，在160℃-190℃的高温条件下，通过互连孔隙以及二级结构的大比表面积，可以使二氧化钛晶种充分锚定在所有二氧化钛纳米球的表面，并继续生长形成二氧化钛晶粒，同时，二氧化钛晶种的表面锚定生长能够限制二氧化钛晶种自聚成球生长，从而在单硬脂酸甘油酯的协作下，使二氧化钛晶粒紧密、均匀地分布于二氧化钛纳米球表面。

22、因此，本发明所述的制备方法通过在制备过程中构造出三级结构二氧化钛微球，并且，该制备方法制备过程简单，条件易于控制，有利于实现大批量工业化生产，具有较大的市场化应用潜能。

23、一种三级结构二氧化钛微球，由如上所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法制得，所述三级结构二氧化钛微球包括二级结构二氧化钛微球和二氧化钛晶粒，其中，所述二级结构二氧化钛微球由二氧化钛纳米球堆积构成，且所述二氧化钛晶粒分布于所述二氧化钛纳米球的表面。

24、本发明所述的三级结构二氧化钛微球中，由于二氧化钛晶粒之间形成纳米级孔隙，二氧化钛晶粒与二氧化钛纳米球之间形成亚微米级孔隙，二氧化钛纳米球之间形成微米级孔隙，因此，所述三级结构二氧化钛微球具有纳米-亚微米-微米连续递进的规律性孔径分布结构，利用结构中递进的毛细管张力，在一定程度上使三级结构二氧化钛微球中所有孔隙的传输阻力降至最低，从而使液体介质在三级结构二氧化钛微球中能够实现高效转移和交换，有利于提高导水效果。

25、因此，所述三级结构二氧化钛微球具有层次化的多孔互连网络结构，基于其独特的结构可以应用于多个技术领域，尤其适用于导水吸湿等技术领域。

技术特征：

1.一种三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛纳米球的粒径为40nm-80nm。

3.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛晶粒的粒径小于或者等于10nm。

4.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，在将无机钛盐与水混合进行一次水热的步骤中，所述无机钛盐在水中的浓度为10mg/l-55mg/l。

5.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，所述无机钛盐与所述单硬脂酸甘油酯的质量比为1:100-11:20；

6.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，所述无机钛盐选自硫酸氧钛、四氯化钛中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，在将所述二氧化钛纳米球的分散液进行静电喷射处理的步骤中，所述二氧化钛纳米球的分散液的喷射速率为0.3ml/h-0.7ml/h。

8.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，所述一次水热的反应时间为8h-16h；

9.根据权利要求1所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于，所述采用醇盐水解法制备二氧化钛纳米球的分散液的步骤包括：

10.一种三级结构二氧化钛微球，其特征在于，由如权利要求1-9任一项所述的三级结构二氧化钛微球的制备方法制得，所述三级结构二氧化钛微球包括二级结构二氧化钛微球和二氧化钛晶粒，其中，所述二级结构二氧化钛微球由二氧化钛纳米球堆积构成，且所述二氧化钛晶粒分布于所述二氧化钛纳米球的表面。

技术总结
本发明涉及一种三级结构二氧化钛微球及其制备方法。所述制备方法包括：采用醇盐水解法制备二氧化钛纳米球的分散液；将二氧化钛纳米球的分散液通过静电喷射制备二级结构二氧化钛微球，二级结构二氧化钛微球由二氧化钛纳米球堆积构成；将无机钛盐与水混合于120℃‑140℃进行一次水热，反应后降温至30℃‑50℃，加入单硬脂酸甘油酯混合得到前驱体溶液；将前驱体溶液与二级结构二氧化钛微球混合并升温至160℃‑190℃进行二次水热，得到三级结构二氧化钛微球。所述制备方法制得的三级结构二氧化钛微球具有层次化的多孔互连网络，能够实现优异的导水效果。

技术研发人员：王騊,吕畅,王晟
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15